準同型暗号 とは？

例えば加算に対応する方式で「3」と「5」を暗号化し、その暗号文に所定の演算をすると、結果を復号して「8」を得られるよ。計算する側へ復号鍵を渡さずに処理できるんだ。ただし、どの演算ができるかは方式によって違い、CKKSのように近似結果を返す方式もあるよ。

例えば患者のデータを復号して見せずに、クラウドへ集計やAI推論を委託したい場面だよ。対応する計算を暗号文に対して行い、結果も暗号文として返してもらうんだ。ただし、暗号化だけで法令や契約の条件をすべて満たすわけではないし、鍵や復号後の結果の保護も必要だよ。

加算または乗算など一種類の演算に対応する「部分準同型暗号（PHE）」、計算の複雑さに制限がある「Somewhat HE（SWHE）」、任意の計算を表現できる「完全準同型暗号（FHE）」などがあるよ。FHEはCraig Gentryが2009年に最初の構成を示したんだ。実装では、計算に必要な時間や資源も考える必要があるよ。

通常の計算に比べて処理が重く、暗号文も大きくなるよ。ただし遅くなる倍率は方式・演算・パラメータ・実装で変わるんだ。BFVやCKKSなども、扱う値や精度が違う。計算内容を暗号文向けに組み直したり、FHEではブートストラッピングという暗号文を更新する処理を使ったりするため、用途に合う設計が大切だよ。

MicrosoftはSEAL、IBMはFHEの研究などに取り組んでいるよ。Googleの旧C++ Transpilerはアーカイブされ、現在のリポジトリではHEIRやJaxiteを案内している。Appleも2024年、写真のEnhanced Visual Searchなどに準同型暗号と他の保護技術を組み合わせて使う実装を説明しているんだ。

AIの学習や推論にも応用されているよ。ただし、すべてのモデルや処理をそのまま高速に動かせるわけではないんだ。計算に必要な精度やデータ量、鍵を持つ人、結果を見られる人を整理し、実際の処理時間と保護できる範囲を確かめて使うことが大切だね。